DE10102492A1 - Messvorrichtung - Google Patents

Abstract

Bei einer Messvorrichtung (1), insbesondere zur Kontrolle der Körperstatik, Körperteilform und/oder Körperteildeformation eines Patienten in der Orthopädie, mit einer für die beiden Füße des Patienten unterschiedlich einstellbaren Verstellvorrichtung (3), die wenigstens eine Auflage (5) aufweist, auf welcher die Füße abstellbar und unabhängig voneinander bewegbar sind, und mit wenigstens einem Sensor für jeden Fuß, welcher die von dem Fuß auf die zugehörige Auflage (5) ausgeübte Gewichtskraft misst, ist für die Ballen und Fersen jedes Fußes jeweils ein Sensor vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung, insbesondere zur Kontrolle der Körpersta­ tik, Körperteilform und/oder Körperteildeformation eines Patienten in der Orthopädie, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Zur Kontrolle der Körperstatik, insbesondere der Rückgratverkrümmung, eines Patienten ist ein orthopädischer Messstand mit einer Messvorrichtung bekannt, bei welcher der Pa­ tient mit jedem Fuß auf einer Balanceplatte steht, wobei die beiden Balanceplatten auf unterschiedliche Höhen eingestellt werden können und um eine horizontale Achse ver­ kippbar sind. Die Verteilung der von den beiden Füßen übertragenen Gewichtskraft wird durch eine Kraftmessdose unterhalb der Balanceplatte gemessen und dem Patienten ange­ zeigt. Dabei kann dieser erkennen, ob die Gewichtskraft links oder rechts größer ist oder ausgeglichen ist, damit er noch entsprechend ausbalancieren kann. Hinsichtlich der ermit­ telbaren Daten läßt diese Messvorrichtung noch Wünsche übrig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung der ein­ gangs genannten Art zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge­ genstand der Unteransprüche.

Dadurch, dass für die Ballen und Fersen jedes Fußes jeweils wenigstens ein Sensor vor­ gesehen ist, sind mehrere örtlich verschiedene Kraftmessungen möglich und entsprechend auswertbare Daten ermittelbar, insbesondere auch über die Belastungen innerhalb der Fußfläche des Patienten. Anstelle der bekannten Kraftmessdosen können auch Waagen, Druckmessdosen oder eine Druckmessplatte mit sehr vielen Kraftsensoren, beispielswei­ se hundert, verwendet werden. Letztere kann die Kraftverteilung ortsaufgelöst an der Fußsohle messen.

Für eine einfache Höhen- und Neigungseinstellbarkeit der Auflage als Ausgleich für eine entsprechend unterschiedliche Belastung der Füße und deren Ballen und Fersen ist in ei­ ner bevorzugten Ausführungsform für jeden Fuß jeweils eine einzige, plattenförmige Auflage vorgesehen, die durch wenigstens zwei Antriebe, vorzugsweise Hubsäulen, hö­ hen- und neigungseinstellbar ist, beispielsweise mittels zweier motorisch angetriebener Exzenter, Spindeln, oder Hydraulik- oder Pneumatikzylinder. Die Auflage kann aber auch für jeden Fuß zweigeteilt sein, also insgesamt vier Quadranten aufweisen, wobei jeder Quadrant unabhängig einstellbar ist, beispielsweise durch eine der genannten Hubsäulen. Die Lagerung kann in beiden Fällen in Kombination mit einem oder mehreren Kugelge­ lenken erfolgen.

In einer abgewandelten Ausführungsform kann die plattenförmige Auflage für jeden Fuß auf einer quer zur Fußlängsrichtung ausgerichteten Schwenkachse gelagert sein, welche ihrerseits auf einer Hubsäule gelagert ist. Auch hier kann jede Auflage für Ferse und Ballen unterschiedlich eingestellt werden. In weiter abgewandelter Ausführungsform ist die plattenförmige Auflage um zwei Achsen kippbar, so daß auch Fußaußenseite und Fußinnenseite unterschiedlich berücksichtigt werden können. Eine einfache Höhen- und Neigungseinstellbarkeit kann auch dadurch erreicht werden, dass die Auflage die Ober­ seite eines deformierbaren Kissens bildet, wobei vorzugsweise für jeden Fuß wenigstens ein Kissen vorgesehen ist. Wenn das Kissen auch die Verstellvorrichtung bilden soll, können auch mehrere Kissen vorgesehen sein.

In eine bevorzugten Ausführungsform ist die Verstellvorrichtung durch einen hydrauli­ schen oder pneumatischen Antrieb bewegbar ist, wobei vorzugsweise Druckmessdosen statt Kraftmessdosen als Sensoren Anwendung finden und eine Lagerung auf Zylindern mit beweglichen Kolben erfolgt. Der hydraulische bzw. pneumatische Antrieb beinhaltet keine elektrische Gefahr für den Patienten, vielmehr bietet er eine bessere elektromagne­ tische Verträglichkeit. Dies ist insbesondere für Patienten wichtig, die sensibel auf soge­ nannten Elektrosmog reagieren. Diese Art von Antrieb kann auch direkt bei der bekann­ ten Messvorrichtung verwendet werden.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform besteht die Auflage - zumindest überwie­ gend - aus durchsichtigem Material und ist vorzugsweise auf einem durchsichtigen, flüs­ sigen oder gasförmigen Medium gelagert, beispielsweise Wassersäulen, einem Wasser­ ballon oder einem anderen durchsichtigen Kissen. Die "durchsichtige" Lagerung bietet die Möglichkeit, auch die Fußsohlen unter Last zu vermessen, so dass weitere Daten für die Auswertung zur Verfügung stehen. Im Falle eines elektrischen Antriebs bietet eine Auflage aus elektrisch isolierendem Material auch Schutz vor Kurzschlüssen im Antrieb oder dergleichen. Eine Auflage aus elektrisch leitendem Material schirmt dann gegen die Abstrahlung des Antriebs ab.

Die dreidimensionale Vermessung des zu kontrollierenden Körperteils erfolgt mit einer 3D-Kamera, beispielsweise zusammen mit einem Projektor, welcher ein schaltbares Lichtmuster auf das Körperteil projiziert. Es ist aber auch eine Lichtlaufzeitmessung möglich, bei welcher auf das Körperteil moduliertes Laserlicht projiziert wird. Die Emp­ findlichkeit der Kamera wird synchron zum Laserlicht moduliert. Je nach Laufzeit des Laserlichts, also je nach Entfernung (Tiefe) der angestrahlten Punkte auf der Körper­ oberfläche, ergeben sich dann Phasenverschiebungen zwischen den beiden Modulationen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von vier in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematisch Draufsicht auf das erste Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 eine schematische Teilansicht des zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 4 eine schematische Teilansicht des dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 eine schematische Teilansicht des vierten Ausführungsbeispiels,

Fig. 6 eine schematische Ansicht eines Rückens mit Horizontalschnitten,

Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Rückens mit Vertikalschnitten, und

Fig. 8 eine schematische Ansicht eines Rückens mit medizinischen Schnitten.

Im ersten Ausführungsbeispiel ist eine Messvorrichtung 1 für einen Patienten mit Rück­ gratverkrümmung mit einer Verstellvorrichtung 3 versehen, welche auf ihrer Oberseite zwei rechteckige, plattenförmige Auflagen 5 aufweist, die im wesentlichen aus Plexiglas bestehen. Jede Auflage 5 ist auf ihrer Unterseite vorne und hinten über jeweils ein Kugel­ gelenk 7 gelenkig mit einem Kolben 9 eines hydraulischen Zylinders 11 verbunden. Die hydraulischen Zylinder 11 stehen über Schläuche 13 in Fluidverbindung mit einer ge­ meinsamen hydraulischen Steuereinheit 15. Außerdem ist jedem Zylinder 11 eine Druckmessdose zugeordnet, welche bei einem Druck von oben auf den Kolben 9 anspricht. Die hydraulische Steuereinheit 15, die Druckmessdosen und eine für den Patien­ ten sichtbare LED-Anzeige 17 sind an eine Rechnereinheit 19 angeschlossen, welche eine Bedienstation zur Steuerung der Messung und der Darstellung der Ergebnisse bildet.

Der Patient auf den Auflagen 5 kann durch Druckverlagerung zwischen seinem linken und rechten Fuß sowie zwischen den jeweiligen Ballen und Fersen ein Gewichtsverlage­ rung durchführen. Dabei nehmen die Druckmessdosen die Gewichtsverlagerungen wahr und steuern über die hydraulische Steuereinheit 15 die Hub- und Senkbewegungen der Kolben 9. Die LED-Anzeige 17 informiert den Patienten, ob und in welche Richtung noch eine Gewichtsverlagerung zu erfolgen hat.

Wenn der Patient ausbalanciert ist, wird die geometrische Ausrichtung der Auflagen 5 erfasst, wofür jeweils zwei Größen gemessen werden müssen. Es sind dies beispielsweise die Höhen der Oberkante der Kolben 9, die Neigungswinkel der Auflagen 5 und jeweils eine Höhe oder andere Kombinationen oder Abweichungen vom Ausgangszustand. Hier­ für ist eine entsprechende Anzahl von Höhen- und/oder Neigungssensoren vorgesehen.

Außerdem kann nun eine dreidimensionale Vermessung des gewünschten Körperteils, beispielsweise Rückens und - durch die Auflage von unten her - der Fußsohlen erfolgen. Für die Vermessung des Rückens (vom Kopf mit den Ohren bis zum Gesäß) ist eine Hub­ säule 21 mit einem schaltbaren Streifenlichtprojektor 23 und einer CCD-Kamera 25 vor­ gesehen. Die Höhe von Projektor 23 und Kamera 25 ist der Körpergröße entsprechend einstellbar. Der Abstand zu den Auflagen 5 beträgt etwa 3 m. Für die Vermessung der Fußsohlen werden entsprechende Geräte unterhalb der Auflagen 5 und in deutlich gerin­ gerem Abstand angeordnet.

Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel nur durch die Art der Lagerung und des Antriebs der Auflage 105. Die Auflage 105 ist in ins­ gesamt vier etwa gleich große Teilauflagen geteilt, so dass für jeden Ballen und jede Fer­ se jeden Fußes eine Teilauflage vorgesehen ist. Jede Teilauflage ist in der Höhe verschiebbar gelagert und liegt auf einem Exzenter 131 auf, welcher motorisch über ein Ge­ triebe 133 so drehbar ist, dass sich die Höhe der Teilauflage ändert. Auf jeder Teilauflage ist jeweils eine Kraftmessdose 135 oder eine Waage angebracht, so dass vier von einan­ der unabhängige Baugruppen zur Verfügung stehen. Die Funktions- und Anwendungs­ weise dieser Messvorrichtung stimmt mit derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels überein, d. h. durch Gewichtsverlagerungen kann der Patienten links und rechts und vorne und hinten ausbalancieren, so dass anschließend die gewünschte Vermessung durchge­ führt werden kann.

Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel nur durch die Art der Lagerung und des Antriebs der Auflage 205. Es ist für jeden Fuß eine Auflage 205 vorgesehen, welche vorne und hinten einen Kraftsensor 235 aufweist. An einer horizontal parallel zur Auflage 205 pneumatisch beweglichen Schubstange 237 ist ein schwenkbarer Winkel 239 angelenkt. Am Winkel 239 ist eine vertikal bewegliche Koppel 241 angelenkt, welche wiederum an der Auflage 205 angelenkt ist. Eine Bewe­ gung der Schubstange 237 wird dadurch in eine Höhenänderung der Auflage 205 umge­ setzt.

Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den anderen Ausführungsbeispie­ len durch die Art der Lagerung und des Antriebs der Auflagen 305 und bietet zusätzlich die Möglichkeit, die Fußform zu messen. Für jeden Fuß ist ein flüssigkeitsgefülltes Kis­ sen 303 vorgesehen, dessen Oberseite die Auflage 305 bildet und das zugleich die Ver­ stellvorrichtung bildet. Auf dem Kissen 303 sind für jeden Fuß mehrere Kraftsensoren aufgebracht. Durch Erhöhung oder Verringerung des Flüssigkeitsgehaltes im Kissen 303 ändert sich die Höhe der Auflage 305. Durch Gewichtsverlagerung kann der Patient zwi­ schen Ballen und Ferse ausgleichen. Ansonsten gleicht das dritte Ausführungsbeispiel den anderen Ausführungsbeispielen, bietet aber bei durchsichtigen Ausführung der Auf­ lage 305 und des Kissens 303 die Möglichkeit, die Fußsohle ohne Deformation von unten zu vermessen. Je nach Anwendungsbedarf können auch zwei oder mehr Kissen 303 vor­ gesehen sein.

Die Baugruppen für die Vermessung des gewünschten Körperteils sind bei den letztge­ nannten Ausführungsbeispielen die gleichen wie im ersten Ausführungsbeispiel.

Bei der Vermessung der Rückens sind an ausgezeichneten Punkten Marken angebracht, beispielsweise auf den Dornfortsätzen der Wirbel, an den Ecken des Schulterblatts, am Schlüsselbein, an den Beckenknochen und entlang der Rippen. Dadurch sind Objekte welche ansonsten unter der Körperoberfläche liegen, und sogenannte Inplane- Verschiebungen messbar. Durch die flächenhafte Erfassung des räumlich gekrümmten Rückens mittels der dreidimensionale Messung werden Verkippungen der Körperteile in verschieden orientierten Winkelrichtungen sichtbar.

Informationen können beispielsweise aus Schnitten gewonnen werden, welche beispiels­ weise berechnet oder durch die Marken zugeordnet werden. Für die Untersuchung von Veränderungen können auch mehrere Schnitte zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst wer­ den. Ein beispielhafter Rücken B ist in Fig. 6 mit mehreren äquidistanten Horizontal­ schnitten H, in Fig. 7 mit mehrere Vertikalschnitten V und in Fig. 8 mit mehreren medi­ zinischen Schnitten R entlang der Rippen dargestellt, wobei jeweils einige Marken M auf den Dornfortsätzen der Wirbel und in Fig. 8 an den freien Enden der Rippen dargestellt sind. In Fig. 6 ist direkt auf den Linien der Horizontalschnitte H der Körperoberflächen­ verlaufs in der jeweiligen Schnittebene als Diagramm projiziert und im Kamerabild auch so sichtbar. In Fig. 7 ist der Körperoberflächenverlauf in der Schnittebene neben der An­ sicht des Rückens R dargestellt.

Ausgehend von diesem Ausgangszustand führt eine anschließende Bewegung des Rüc­ kens B oder eine Wiederholung der Vermessung einige Tage später zu einer Veränderung der erfassten Fläche. Aus dem Körperoberflächenverlauf in den Schnittebenen bzw. Schnittflächen, d. h. Steigungen und Krümmungen in den Diagrammen, können im Falle der Horizontalschnitte H Rückschlüsse auf eine Schiefe oder Neigung (Verdrehung um Körperlängsachse), im Falle der Vertikalschnitte V auf einen Rundrücken oder ein Hohlkreuz und im Falle der medizinischen Schnitte R entlang der Rippen auf eine Krümmung der Rippen gezogen werden. Eine Darstellung der Veränderungen ist in Grauwerten oder farblich möglich.

Zusätzlich kann die Körpersilhouette, insbesondere in verschiedenen Körperteilstellun­ gen, z. B. Armstellungen, erfasst werden, so dass sogenannte Blockierungen sichtbar wer­ den. Ferner ist eine Kombination mit den Daten einer Tomographie möglich.

Die vorgenannten Möglichkeiten, aus der zu vermessenden Körperoberfläche medizi­ nisch verwertbare Informationen zu erhalten, können auch bei bekannten Messvorrich­ tungen verwirklicht werden.

Claims (14)

1. Messvorrichtung, insbesondere zur Kontrolle der Körperstatik, Körperteilform und/oder Körperteildeformation eines Patienten in der Orthopädie, mit einer für die beiden Füße des Patienten unterschiedlich einstellbaren Verstellvorrichtung (3; 303), die wenigstens eine Auflage (5; 105; 205; 305) aufweist, auf welcher die Füße ab­ stellbar und unabhängig voneinander bewegbar sind, und mit wenigstens einem Sen­ sor (135; 235) für jeden Fuß, welcher die von dem Fuß auf die zugehörige Auflage ausgeübte Gewichtskraft misst, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ballen und Fer­ sen jedes Fußes jeweils wenigstens ein Sensor (135; 235) vorgesehen ist.

2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Fuß ge­ nau eine plattenförmige Auflage (5; 205) vorgesehen ist, welche auf wenigstens zwei Hubsäulen (9; 241) oder auf einer Hubsäule und einer Achse gelagert ist.

3. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Fuß zwei plattenförmige Auflagen (105) vorgesehen sind, welche unabhängig voneinander be­ wegbar sind.

4. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Auflage (5; 105) auf wenigstens einem Kugelgelenk (7) gelagert ist.

5. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Fuß als Auflage (205) und/oder Verstellvorrichtung (203) ein deformierbares Kissen (203) vorgesehen ist.

6. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Auflage (5; 105) als Sensoren eine Druckmessplatte mit vielen Sensoren (135) aufweist.

7. Messvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (3; 303) der Auflage durch einen hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antrieb be­ wegbar ist.

8. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Auflage (5; 105; 305) aus durchsichtigem und/oder elektrisch isolierendem Ma­ terial hergestellt ist.

9. Messvorrichtung nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Auflage (5; 305) auf einem durchsichtigen, flüssigen oder gasförmigen Medium gelagert ist.

10. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine 3-D- Kamera (25) zur dreidimensionalen Vermessung von Körperteilen des Patienten.

11. Messvorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet duch einen Projektor (23), wel­ cher schaltbar ein Lichtmuster auf den auf der Auflage (5; 105; 305) befindlichen Patienten projiziert, und durch eine Kamera (25), welche das auf den Patienten proji­ zierte Lichtmuster aufnimmt.

12. Messvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die 3-D-Kamera eine Lichtlaufzeitmessung erfasst.

13. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem zu vermessenden Körperteil (B) des Patienten Marken (M) angebracht sind.

14. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Schnitte (H, V, R) durch das zu vermessenden Körperteil (B) gelegt und dargestellt sind.